JP2634055B2 - Focus position detection device - Google Patents

Focus position detection device

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JP2634055B2
JP2634055B2 JP6781088A JP6781088A JP2634055B2 JP 2634055 B2 JP2634055 B2 JP 2634055B2 JP 6781088 A JP6781088 A JP 6781088A JP 6781088 A JP6781088 A JP 6781088A JP 2634055 B2 JP2634055 B2 JP 2634055B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高精度かつリアルタイムで自動合焦を行な
うことのできる合焦位置検出装置に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-focus position detecting device capable of performing automatic focusing with high accuracy and in real time.

(従来の技術) 従来から、合焦対象物としての被検物体の像を像信号
生成光学系によってCCDラインセンサ、撮像素子に形成
し、このCCDラインセンサ、撮像素子に結像された被検
物体の像に基づく像信号としての画像信号を電気的に処
理し、像のコントラストが最大となる位置を検出して合
焦を行なう合焦位置検出装置、スプリットイメージを用
いて被検物体の像をCCDラインセンサ上、撮像素子上に
2個形成し、このCCDラインセンサ上、撮像素子上に結
像された2個の被検物体の像に基づく画像信号を電気的
に処理し、被検物体の像ずれのない一致位置を検出して
合焦を行なう合焦位置検出装置がある。
(Prior Art) Conventionally, an image of an object to be focused as an object to be focused is formed on a CCD line sensor and an image sensor by an image signal generating optical system, and an image formed on the CCD line sensor and the image sensor is formed. A focus position detection device that electrically processes an image signal as an image signal based on an image of an object, detects a position where the contrast of the image is maximum, and performs focusing, and an image of a test object using a split image. Are formed on the CCD line sensor and the image sensor, and the image signals based on the images of the two test objects formed on the CCD line sensor and the image sensor are electrically processed and the test is performed. 2. Description of the Related Art There is a focus position detection device that detects a coincidence position of an object without image shift and performs focusing.

(発明が解決しようとする課題) ところが、上記の像のコントラストが最大となる位置
を検出して合焦行なう合焦位置検出装置では、CCDライ
ンセンサ、撮像管から取り出される画像信号の飽和を防
止するためのAGC回路、水平走査線を間引きするための
処理回路、合焦か否かの検出を行なうための検出信号が
所定レベルから最大レベルになるまでの立上り時間を計
測するためのカウンター回路等を必要とし、回路構成が
相当に複雑となる。
However, in the above-described focusing position detecting device that detects and focuses on the position where the contrast of the image becomes maximum, the saturation of the image signal taken out from the CCD line sensor and the imaging tube is prevented. AGC circuit for processing, a processing circuit for thinning out horizontal scanning lines, a counter circuit for measuring a rise time from a predetermined level to a maximum level of a detection signal for detecting whether or not focus is achieved, etc. And the circuit configuration becomes considerably complicated.

一方、スプリットイメージを用いて被検物体の像を2
個形成してその像のずれにより合焦を行なう合焦位置検
出装置では、CCDラインセンサ、撮像管が2個以上でそ
の画像信号を取り出す回路系統が2個以上となり、か
つ、像の一致を判定するための電気的処理回路を必要と
するため、回路構成が更に一層複雑となる。
On the other hand, using the split image,
In a focus position detecting device that forms a plurality of images and focuses on the basis of a shift of the image, there are two or more CCD line sensors and two or more image pickup tubes, and two or more circuit systems for taking out the image signal. Since an electrical processing circuit for determination is required, the circuit configuration is further complicated.

とくに、工業用顕微鏡に用いられる自動合焦位置検出
装置にあっては、所定のワーク(たとえば、検査対象が
ビデオヘッドのギャップである場合には、ワークはビデ
オヘッド)に対する合焦が多く、タクトタイムを小さく
するために、リアルタイム処理が要求されると共に合焦
精度の高いものが求められているが、上記いずれの合焦
位置検出装置もリアルタイム処理を行なうには不都合な
面がある。
In particular, in an automatic focus position detection device used for an industrial microscope, a predetermined work (for example, when the inspection target is a gap of a video head, the work is a video head), the focus is large, and the tact time is large. In order to reduce the time, real-time processing is required and a device with high focusing accuracy is required. However, there is an inconvenience in performing any of the above-described focus position detection devices in real-time processing.

本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、その目
的は電気的処理回路の簡単化を図りつつリアルタイム処
理の要求に応えることのできる合焦位置検出装置を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a focus position detecting device capable of responding to a demand for real-time processing while simplifying an electric processing circuit.

発明の構成 (課題を解決するための手段) 本発明に係わる合焦位置検出装置の特徴は、被検物体
の像を得て像信号を生成するための像信号生成光学系
と、前記像信号が入力されて、前記像信号生成光学系が
合焦位置にあるか否かを検出して合焦位置判定信号を出
力する合焦位置検出回路とを有し、前記合焦位置検出回
路は、前記像信号を第1基準レベルとこれよりも低い第
2基準レベルの2つの基準レベルで比較するコンパレー
ターと、所定の周期のクロックパルスを発生するクロッ
ク発振器と、前記コンパレーターの2つの出力の遷移を
該クロック発振器のクロックパルスと同期させてそれぞ
れ検出する遷移検出部と、第2基準レベルで比較された
信号の前記遷移検出部の出力の立ち下がりを検出する立
ち下がり検出部と、前記遷移検出部の2つの出力の論理
和をとり、またその論理和出力と前記立ち下がり検出部
の論理積をとる論理回路から構成され、該論理回路の出
力に基づき合焦位置判定信号が形成されるところにあ
り、好ましくは、前記コンパレーターは、前記像信号を
第1基準レベルと比較する第1コンパレータと、第2基
準レベルで比較する第2コンパレーターとで構成され、
前記遷移検出部は、前記第1コンパレータの出力のロー
レベルとハイレベルとの間で遷移を前記クロックパルス
と同期させて検出する第1遷移検出部と、前記第2ゴン
パレータの出力のローレベルとハイレベルとの間の遷移
を該第1遷移検出部の遷移よりもずらせつつ前記クロッ
クパルスと同期させて検出する第2遷移検出部とで構成
され、前記論理回路部は、前記第1遷移検出部の出力と
前記第2遷移検出部の出力との論理和に基づき出力する
オア回路と、前記オア回路の出力と前記立ち下がり検出
部の出力との論理積に基づき出力するアンド回路から構
成されている。
Configuration of the Invention (Means for Solving the Problems) The focus position detecting apparatus according to the present invention is characterized in that an image signal generating optical system for obtaining an image of a test object and generating an image signal, and the image signal A focus position detection circuit that detects whether or not the image signal generation optical system is at a focus position and outputs a focus position determination signal, wherein the focus position detection circuit includes: A comparator for comparing the image signal with two reference levels, that is, a first reference level and a second reference level lower than the first reference level; a clock oscillator for generating a clock pulse having a predetermined period; and two outputs of the comparator. A transition detection unit for detecting a transition in synchronization with a clock pulse of the clock oscillator, a fall detection unit for detecting a fall of an output of the transition detection unit of a signal compared at a second reference level, detection And a logical circuit for calculating the logical sum of the logical sum output and the fall detection unit, and where a focus position determination signal is formed based on the output of the logical circuit. Preferably, the comparator includes a first comparator that compares the image signal with a first reference level, and a second comparator that compares the image signal with a second reference level.
A first transition detection unit that detects a transition between a low level and a high level of an output of the first comparator in synchronization with the clock pulse; and a low level of an output of the second gomperator. A second transition detection unit that detects a transition between the first transition detection unit and the second transition detection unit in synchronization with the clock pulse while shifting the transition from the first transition detection unit, and the logic circuit unit includes the first transition detection unit. An OR circuit that outputs an output based on a logical sum of an output of the second transition detection unit and an output of the second transition detection unit, and an AND circuit that outputs an output based on a logical product of an output of the OR circuit and an output of the falling detection unit. ing.

(実施例) 以下に、本発明に係る合焦位置検出装置の実施例を図
面を参照しつつ説明する。
(Example) Hereinafter, an example of a focus position detecting device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明に係る合焦位置検出装置の全体構成を
示す概略図であって、この図において、1は合焦対象物
としての被検物体の資料、2はその試料1の像を得て像
信号としての画像信号を生成する像信号生成光学系、3
はラインセンサである。像信号生成光学系2には、その
鏡筒4に駆動手段の一部を構成するピエゾ素子5が取付
けられ、像信号生成光学系2はこのピエゾ素子5を伸縮
させることにより、試料1に離反近接させて、その試料
1に対する自動合焦が行われるものであり、7はその像
信号生成光学系2の鏡筒4に取付けられた対物レンズ、
8はその像信号生成光学系2の鏡筒4に取付けられた結
像レンズを示している。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a focus position detecting apparatus according to the present invention. In this figure, reference numeral 1 denotes a material of a test object as a focus target object, and 2 denotes an image of the sample 1 thereof. An image signal generating optical system for generating an image signal as an obtained image signal;
Is a line sensor. The image signal generating optical system 2 is provided with a piezo element 5 that constitutes a part of a driving means in the lens barrel 4. The image signal generating optical system 2 moves away from the sample 1 by expanding and contracting the piezo element 5. The object 1 is brought into close proximity to perform automatic focusing on the sample 1. Reference numeral 7 denotes an objective lens attached to the lens barrel 4 of the image signal generating optical system 2.
Reference numeral 8 denotes an imaging lens attached to the lens barrel 4 of the image signal generating optical system 2.

試料1は、例えばビデオヘッドであり、ここでは、そ
のビデオヘッドのギャップ幅測定の際の自動合焦につい
て説明することにする。第2図はその試料1のギャップ
部分を模式的に示したもので、9はコア部、10はギャッ
プ部であり、コア部9には、焼結磁性材(フェライト)
が用いられ、ギャップ部10には金属材料が用いられてい
るため、コア部9は黒く、ギャップ部10は白く見えてコ
ントラストの差が大きい。なお、第2図において、矢印
はラインセンサ3の走査方向を示す。
The sample 1 is, for example, a video head. Here, automatic focusing at the time of measuring the gap width of the video head will be described. FIG. 2 schematically shows a gap portion of the sample 1, wherein 9 is a core portion, 10 is a gap portion, and the core portion 9 has a sintered magnetic material (ferrite).
Is used, and since a metal material is used for the gap portion 10, the core portion 9 looks black and the gap portion 10 looks white, and the difference in contrast is large. In FIG. 2, arrows indicate the scanning direction of the line sensor 3.

ラインセンサ3はギャップ10の長手方向に配置されて
おり、試料1のギャップ部分に対応する像の一部が形成
される。このラインセンサ3はラインセンサ駆動回路11
によって駆動され、そのラインセンサ3に蓄積された蓄
積電荷は、そのラインセンサ駆動回路11により順次、合
焦位置検出回路12に画像信号として転送される。像信号
生成光学系2が試料1に対して合焦状態にあるときに
は、試料1のギャップ部分の像が鮮明にラインセンサ3
に形成されるため、一連の転送電荷によって取り出され
る画像信号は第3図に模式的に示すように、立上り、立
ち下りの早い矩形波状の検出信号Qとなり、像信号生成
光学系2が試料1に対して非合焦状態にあるときには、
試料1のギャップ部分の像がぼけてラインセンサ3に形
成されるため、一連の転送電荷によって取り出される画
像信号は第4図に模式的に示すように、立上り、立ち下
りの遅い山なりの検出信号Q′となる。
The line sensor 3 is arranged in the longitudinal direction of the gap 10, and a part of an image corresponding to the gap portion of the sample 1 is formed. The line sensor 3 includes a line sensor driving circuit 11
, And the accumulated charges accumulated in the line sensor 3 are sequentially transferred by the line sensor drive circuit 11 to the focus position detection circuit 12 as image signals. When the image signal generating optical system 2 is in focus with respect to the sample 1, the image of the gap portion of the sample 1 is clearly formed by the line sensor 3.
As shown in FIG. 3, the image signal taken out by a series of transfer charges becomes a rectangular wave-like detection signal Q that rises and falls quickly, and the image signal generating optical system 2 When the camera is out of focus,
Since the image of the gap portion of the sample 1 is blurred and formed on the line sensor 3, the image signal taken out by a series of transfer charges is detected as a ridge having a slow rise and fall as schematically shown in FIG. It becomes signal Q '.

合焦位置検出回路12は、第5図に示すようにクロック
発振器13、分周回路14、選択回路15、インバータ回路1
6、フィルタ回路17を有するが、クロック発振器13、分
周回路14、選択回路15、インバータ回路16については後
述する。
As shown in FIG. 5, the in-focus position detecting circuit 12 includes a clock oscillator 13, a frequency dividing circuit 14, a selecting circuit 15, and an inverter circuit 1.
6, which has a filter circuit 17. The clock oscillator 13, the frequency divider 14, the selector 15, and the inverter 16 will be described later.

検出信号Q,Q′は実際には第6図、第7図に示すよう
な2値化された2値化信号であり、この検出信号Q、
Q′はフィルタ回路17に入力される。この検出信号Q、
Q′はフィルタ回路17によりその包絡線が検出されてア
ナログ検出信号A、A′となる。このアナログ検出信号
A、A′はコンパレータ18、19に入力される。コンパレ
ータ18には基準レベル発生器21により第1基準レベルB
が印加され、コンパレータ19には基準レベル発生器22に
より第2基準レベルB′が印加されている。第1基準レ
ベルBは第2基準レベルB′よりも高く設定され、か
つ、第1基準レベルBは合焦時の検出信号Qのピークよ
りも低く設定されている。
The detection signals Q and Q 'are actually binarized binarized signals as shown in FIGS. 6 and 7.
Q 'is input to the filter circuit 17. This detection signal Q,
The envelope of Q 'is detected by the filter circuit 17 and becomes analog detection signals A and A'. The analog detection signals A and A 'are input to comparators 18 and 19. The comparator 18 has a first reference level B by a reference level generator 21.
Is applied to the comparator 19 by the reference level generator 22. The first reference level B is set higher than the second reference level B ', and the first reference level B is set lower than the peak of the detection signal Q at the time of focusing.

コンパレータ18はアナログ検出信号A、A′と第1基
準レベルBとを比較し、そのコンパレータ18の出力C、
C′はアナログ検出信号A、A′のレベルが第1基準レ
ベルBよりも高いときにハイとなり、第1基準レベルB
よりも低いときにローとなるもので、コンパレータ18は
アナログ検出信号A、A′のレベルが第1基準レベルB
よりも高くなっている期間の間ハイレベルの信号をアン
ド回路23の一端子に向かって出力する。コンパレータ19
はアナログ検出信号A、A′と第2基準レベルB′とを
比較し、そのコンパレータ19の出力は、アナログ検出信
号A、A′のレベルが第2基準レベルB′よりも高いと
きにハイとなり、第2基準レベルB′よりも低いときに
ローとなるもので、コンパレータ19は、アナログ検出信
号A、A′のレベルが第2基準レベルB′よりも高くな
っている期間の間ハイレベルの信号をアンド回路23の他
端子と立下り検出回路24とに向かって出力する。
The comparator 18 compares the analog detection signals A and A 'with the first reference level B, and outputs the outputs C and
C ′ becomes high when the levels of the analog detection signals A and A ′ are higher than the first reference level B, and the first reference level B
When the level of the analog detection signals A and A 'is lower than the first reference level B,
During this period, the high level signal is output to one terminal of the AND circuit 23. Comparator 19
Compares the analog detection signals A, A 'with the second reference level B', and the output of the comparator 19 becomes high when the level of the analog detection signals A, A 'is higher than the second reference level B'. , When the level is lower than the second reference level B ', the comparator 19 outputs the high level during the period when the levels of the analog detection signals A and A' are higher than the second reference level B '. The signal is output to the other terminal of the AND circuit 23 and the falling detection circuit 24.

アンド回路23は第1遷移検出部、第2遷移検出部の一
部として機能するもので、コンパレータ18、19の出力が
共にハイのとき出力Fを出力する。このアンド回路23の
出力Fは第1遷移検出部としてのフリップフロップ回路
25、第2遷移検出部としてのフリップフロップ回路26の
D端子に入力されている。そのフリップフロップ25のク
ロック端子CLKには、選択回路15をからの選択クロック
パルスGが入力され、そのフリップフロップ26のクロッ
ク端子CLKには、インバータ回路16により反転された反
転選択クロックパルスG′が入力されている。なお、選
択回路15には分周回路14を介してクロック発振器13のク
ロックパルスが入力されるもので、選択回路15は分周回
路14によって分周された各周期のクロクパルスのうち選
択指定された周期のクロックパルスを透過させる機能を
有し、この選択クロックパルスG、反転クロックパルス
G′の周期を適宜選択することにより、後述するように
合焦位置精度を適宜に変更できる。
The AND circuit 23 functions as a part of the first transition detector and the second transition detector, and outputs the output F when the outputs of the comparators 18 and 19 are both high. An output F of the AND circuit 23 is a flip-flop circuit as a first transition detecting section.
25, which is input to a D terminal of a flip-flop circuit 26 as a second transition detection unit. A selection clock pulse G from the selection circuit 15 is input to a clock terminal CLK of the flip-flop 25, and an inverted selection clock pulse G ′ inverted by the inverter circuit 16 is input to a clock terminal CLK of the flip-flop 26. Has been entered. Note that the selection circuit 15 receives the clock pulse of the clock oscillator 13 via the frequency division circuit 14, and the selection circuit 15 is selected and designated from the clock pulses of each cycle divided by the frequency division circuit 14. It has a function of transmitting clock pulses of a period, and by appropriately selecting the periods of the selected clock pulse G and the inverted clock pulse G ', the focus position accuracy can be appropriately changed as described later.

フリプフロップ25はアンド回路23の出力Fがハイのと
きに選択クロックパルスGが立ち下がると、その選択ク
ロックパルスGに同期してそのQ端子の出力Hがローか
らハイとなり、アンド回路23の出力Fがハイからローと
なると選択クロックパルスGの立ち下りに同期してその
Q端子の出力Fがハイからローとなる。その出力Hがハ
イレベルとなっている期間はアンド回路23の出力Fがハ
イとなった直後の選択クロックパルスGの立ち下りから
アンド回路23の出力Fがローとなった直後の選択クロッ
クパルスGの立ち下りまでのパルス幅によって定められ
る。
When the selected clock pulse G falls while the output F of the AND circuit 23 is high, the flip-flop 25 changes the output H of the Q terminal from low to high in synchronization with the selected clock pulse G, and outputs the output of the AND circuit 23. When F changes from high to low, the output F of the Q terminal changes from high to low in synchronization with the fall of the selected clock pulse G. During the period when the output H is at the high level, the selected clock pulse G immediately after the output F of the AND circuit 23 becomes low from the falling of the selected clock pulse G immediately after the output F of the AND circuit 23 becomes high. Is determined by the pulse width until the falling edge of.

フリップフロップ26はアンド回路23の出力Fがハイの
ときに反転選択クロックパルスG′が立ち下がると、そ
の反転選択クロックパルスG′に同期してそのQ端子の
出力H′がローからハイとなり、アンド回路23の出力F
がハイからローとなると反転選択クロックパルスG′の
立ち下りに同期してそのQ端子の出力H′がハイからロ
ーとなる。その出力H′がハイレベルとなっている期間
はアンド回路23の出力Fがハイとなった直後の反転選択
クロックパルスG′の立ち下りからアンド回路23の出力
Fがローとなった直後の反転選択クロックパルスG′の
立ち下りまでのパルス幅によって定められる。
When the inverted selection clock pulse G 'falls while the output F of the AND circuit 23 is high, the flip-flop 26 changes the output H' of the Q terminal from low to high in synchronization with the inverted selection clock pulse G ', Output F of AND circuit 23
Changes from high to low, the output H 'of the Q terminal changes from high to low in synchronization with the fall of the inverted selection clock pulse G'. During the period when the output H 'is at the high level, the inversion immediately after the output F of the AND circuit 23 becomes low from the falling of the inverted selection clock pulse G' immediately after the output F of the AND circuit 23 becomes high. It is determined by the pulse width until the falling of the selected clock pulse G '.

その出力H、H′はオア回路27に入力されており、オ
ア回路27はオア出力Iをアンド回路28の一端子に出力す
る。アンド回路28の他端子には立ち下がり検出回路24の
出力Jが入力されている。この出力Jはコンパレータ19
の出力D、D′の立ち下がりに基づいて出力されるもの
で、アンド回路28は出力Hと出力Jとが双方ともハイの
ときに立上り検出回路29に出力Kを出力する。その立ち
上がり検出回路29にはマイクロコンピュータ30を介して
制御タイミング信号▲▼が入力されている。その
立上り検出回路29は後述する条件を満足するときに判定
信号Lをマイクロコンピュータ30とサンプルホールド回
路31とに出力する。
The outputs H and H 'are input to an OR circuit 27, and the OR circuit 27 outputs an OR output I to one terminal of an AND circuit 28. The output J of the fall detection circuit 24 is input to the other terminal of the AND circuit 28. This output J is
The AND circuit 28 outputs an output K to the rising detection circuit 29 when both the output H and the output J are high. A control timing signal ▼ is input to the rise detection circuit 29 via the microcomputer 30. The rising detection circuit 29 outputs a judgment signal L to the microcomputer 30 and the sample and hold circuit 31 when a condition described later is satisfied.

マイクロコンピュータ30はピエゾ素子5を最収縮状態
から最伸長状態に向かって駆動するための制御信号Z、
像信号生成光学系2が合焦状態に位置するようにピエゾ
素子5を伸長させるための制御信号Z′をピエゾ素子ド
ライバー回路32に出力する機能を有する。ピエゾ素子5
を最収縮状態から最伸長状態に向かって段階的に伸長さ
せると像信号生成光学系2が試料1に段階的に接近され
て、像信号生成光学系2は非合焦状態から合焦状態を経
由して再び非合焦状態に移行する。
The microcomputer 30 controls the piezo element 5 from the most contracted state to the most extended state by controlling signals Z,
It has a function of outputting a control signal Z ′ for extending the piezo element 5 to the piezo element driver circuit 32 so that the image signal generation optical system 2 is positioned in a focused state. Piezo element 5
Is gradually expanded from the most contracted state to the most extended state, the image signal generating optical system 2 approaches the sample 1 in a stepwise manner, and the image signal generating optical system 2 shifts from the unfocused state to the focused state. Then, the state again shifts to the out-of-focus state.

像信号生成光学系2が非合焦状態から合焦状態に近づ
くと、非合焦時のアナログ検出信号A′の形状は合焦時
のアナログ検出信号Aの形状に近づき、アナログ検出信
号A′はそのピークに近い部分で変化が大きいので、コ
ンパレータ18の非合焦時の出力C′は合焦時の出力Cに
近づくが、コンパレータ19の非合焦時の出力D′、合焦
時の出力Dはアナログ検出信号A′がその裾に近い部分
で変化が相対的に小さいので、ほとんど変化しない。よ
って、コンパレータ18の出力C、C′がコンパレータ19
の出力D、D′に近づくことになる。アンド回路23の出
力Fはそのハイとなっている期間の幅が非合焦時にはコ
ンパレータ18の出力C′に規制されて短いが、合焦時に
近づくに従って長くなる。これに伴って、フリップフロ
ップ25、26の出力H′のハイレベルとなっている期間の
幅も合焦時に近づくに従って長くなる。よって、オア回
路27の非合焦時の出力I′は合焦時の出力Iに近づくに
従ってその出力I′のハイレベルの期間の幅が長くなる
と共にその出力I′の立ち下りが選択クロックパルスG
に基づき遅延される。しかし、立ち下り検出回路29の出
力Jは合焦時、非合焦時でほとんど変化しないため、合
焦時と非合焦時とでほとんど同じ時期に出力され、それ
ゆえに、合焦状態に近づくに伴って、オア回路27の出力
I′と立ち下り検出回路24の出力Jとが双方ともハイと
なっている期間が重なり、アンド回路28の出力Kがハイ
レベルとなり、立ち上がり検出回路29の出力がローから
ハイとなって、合焦位置判定信号Lが出力される。な
お、立ち上がり検出回路29は制御タイミング信号▲
▼にピエゾ素子5の段階的伸長に同期して作動する。
When the image signal generation optical system 2 approaches the in-focus state from the out-of-focus state, the shape of the analog detection signal A 'at the time of out-of-focus approaches the shape of the analog detection signal A at the time of focusing, and the analog detection signal A' Since the change near the peak is large, the output C 'of the comparator 18 at the time of out-of-focus approaches the output C at the time of in-focus, but the output D' of the comparator 19 at the time of out-of-focus The output D hardly changes because the change in the analog detection signal A 'is relatively small in a portion near the tail thereof. Therefore, the outputs C and C 'of the comparator 18 are
Output D, D '. The width of the output F of the AND circuit 23 during the high period is short due to the output C 'of the comparator 18 when out of focus, but becomes longer as the focus approaches. Accordingly, the width of the period during which the output H 'of the flip-flops 25 and 26 is at the high level also becomes longer as the focusing time approaches. Therefore, as the output I 'of the OR circuit 27 at the time of out-of-focus becomes closer to the output I at the time of focusing, the width of the high-level period of the output I' becomes longer and the falling of the output I 'becomes the selected clock pulse. G
Is delayed based on However, since the output J of the fall detection circuit 29 hardly changes between in-focus and out-of-focus, it is output at almost the same time between in-focus and out-of-focus, and therefore approaches the in-focus state. Accordingly, the period in which the output I 'of the OR circuit 27 and the output J of the falling detection circuit 24 are both high overlaps, the output K of the AND circuit 28 becomes high level, and the output of the rising detection circuit 29 becomes high. Changes from low to high, and the focus position determination signal L is output. The rise detection circuit 29 outputs the control timing signal ▲
The operation is performed in synchronization with the stepwise extension of the piezo element 5 at ▼.

サンプルホールド回路31は、判定信号Lがローからハ
イとなると、マイクロコンピュータ30を介して入力され
るピエゾ位置信号Mをサンプルし、そのピエゾ位置信号
Mを合焦位置信号M′としてマイクロコンピュータ30の
メモリに一時的に格納し、マイクロコンピュータ30はそ
のメモリに格納された合焦位置信号M′に基づき制御信
号Z′をピエゾ素子ドライバー回路32に向かって出力す
る。これによって、像信号生成光学系2が合焦状態とな
るようにピエゾ素子5が伸長される。そして、この合焦
が終了し、試料1のギャップ幅測定が終了すると、マイ
クロコンピュータ30は全ての合焦位置検出回路12、ピエ
ゾ素子駆動回路32、ラインセンサ駆動回路11を初期状態
に復帰させる。
When the determination signal L changes from low to high, the sample-and-hold circuit 31 samples the piezo position signal M input via the microcomputer 30, and uses the piezo position signal M as a focus position signal M '. The microcomputer 30 temporarily stores the control signal Z 'toward the piezo element driver circuit 32 based on the focus position signal M' stored in the memory. As a result, the piezo element 5 is extended so that the image signal generating optical system 2 is in a focused state. When the focusing is completed and the measurement of the gap width of the sample 1 is completed, the microcomputer 30 returns all the focused position detecting circuits 12, the piezo element driving circuits 32, and the line sensor driving circuits 11 to the initial state.

なお、選択クロックパルスGの周期を変更すると、オ
ア回路27の出力I′のハイとなる期間の幅が結果として
長くなるため、合焦精度が変更されることになる。
When the period of the selected clock pulse G is changed, the width of the period during which the output I 'of the OR circuit 27 is high becomes longer, and the focusing accuracy is changed.

以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限
らず、以下のものを含むものである。
Although the embodiment has been described above, the present invention is not limited to this, but includes the following.

実施例においては、アナログ検出信号A′の立ち下り
に基づいて合焦位置を検出することにしたが、アナログ
検出信号Aの立上りに基づいて合焦位置を検出する構
成、アナログ検出信号A′の立上り、アナログ検出信号
A′の立ち下りに基づいて合焦位置を検出する構成とす
ることもできる。
In the embodiment, the in-focus position is detected based on the falling edge of the analog detection signal A '. However, the in-focus position is detected based on the rising edge of the analog detection signal A. The focus position may be detected based on the rising edge and the falling edge of the analog detection signal A '.

実施例においてはラインセンサ3を用いて像信号を得
る構成としたが、エリアセンサの一ラインあるいは数ラ
インを用いて像信号を得る構成とすることもできる。
In the embodiment, the image signal is obtained by using the line sensor 3. However, the image signal may be obtained by using one line or several lines of the area sensor.

また、走査式のラインセンサ3を用いる代りに1個の
受光素子を用い、光学像をメカニカルに走査してその受
光出力を像信号として用いて合焦位置を検出する構成と
することもできる。
Instead of using the scanning line sensor 3, a single light receiving element may be used to mechanically scan an optical image and detect a focus position by using the light receiving output as an image signal.

発明の効果 本発明に係る合焦位置検出装置は、以上説明したよう
に構成したので、電気的処理回路の簡単化を図りつつリ
アルタイム処理の要求に応えることができるという効果
を奏する。
Effect of the Invention The focus position detecting device according to the present invention is configured as described above, and thus has an effect that it can respond to the demand for real-time processing while simplifying the electrical processing circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係る合焦位置検出装置の概略構成を示
すブロック図、 第2図は本発明に係る合焦位置検出装置の合焦対象物の
一例を示す模式図、 第3図、第4図は本発明に係る合焦位置検出装置の像生
成光学系によって得られる像信号の模式図、 第5図は第1図に示す合焦位置検出回路の詳細回路図、 第6図、第7図は本発明に係る合焦位置検出装置の作用
を説明するための信号タイミングチャートであって、 第6図は合焦時の各回路の出力波形を説明するためのタ
イミングチャート、 第7図は非合焦時の各回路の出力波形を説明するための
タイミングチャート、 である。 1……試料(被検物体)、2……像生成光学系 3……ラインセンサ、5……ピエゾ素子 12……合焦位置検出回路、13……クロック発振器 18……第1コンパレータ、19……第2コンパレータ 24……立ち下り検出回路 25……フリップフロップ(第1遷移検出部) 26……フリップフロップ(第2遷移検出部) 27……オア回路 32……ピエゾ素子ドライバー回路(駆動手段)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a focus position detection device according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a focus target of the focus position detection device according to the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram of an image signal obtained by the image generation optical system of the focus position detection device according to the present invention, FIG. 5 is a detailed circuit diagram of the focus position detection circuit shown in FIG. 1, FIG. FIG. 7 is a signal timing chart for explaining the operation of the focus position detecting device according to the present invention, and FIG. 6 is a timing chart for explaining output waveforms of the respective circuits at the time of focusing. The figure is a timing chart for explaining the output waveform of each circuit when out of focus. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample (test object), 2 ... Image generation optical system 3 ... Line sensor, 5 ... Piezo element 12 ... Focusing position detection circuit, 13 ... Clock oscillator 18 ... First comparator, 19 ... Second comparator 24... Fall detection circuit 25... Flip-flop (first transition detection unit) 26... Flip-flop (second transition detection unit) 27. means)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被検物体の像を得て像信号を生成するため
の像信号生成光学系と、前記像信号が入力されて、前記
像信号生成光学系が合焦位置にあるか否かを検出して合
焦位置判定信号を出力する合焦位置検出回路とを有し、 前記合焦位置検出回路は、前記像信号を第1基準レベル
とこれよりも低い第2基準レベルの2つの基準レベルで
比較するコンパレーターと、所定の周期のクロックパル
スを発生するクロック発振器と、前記コンパレーターの
2つの出力の遷移を該クロック発振器のクロックパルス
と同期させてそれぞれ検出する遷移検出部と、第2基準
レベルで比較された信号の前記遷移検出部の出力の立ち
下がりを検出する立ち下がり検出部と、前記遷移検出部
の2つの出力の論理和をとり、またその論理和出力と前
記立ち下がり検出部の論理積をとる論理回路から構成さ
れ、 該論理回路の出力に基づき合焦位置判定信号が形成され
ることを特徴とする合焦位置検出装置。
1. An image signal generating optical system for obtaining an image of a test object and generating an image signal, and whether or not the image signal is input and the image signal generating optical system is at a focus position And a focus position detection circuit that outputs a focus position determination signal. The focus position detection circuit converts the image signal into a first reference level and a second reference level lower than the first reference level. A comparator that compares at a reference level, a clock oscillator that generates a clock pulse of a predetermined cycle, a transition detection unit that detects a transition of two outputs of the comparator in synchronization with the clock pulse of the clock oscillator, and A fall detector for detecting a fall of the output of the transition detector of the signal compared at the second reference level; a logical sum of two outputs of the transition detector; Fall detection A focus position detection device comprising a logic circuit that performs a logical product of the sections, and a focus position determination signal is formed based on an output of the logic circuit.
【請求項2】前記コンパレーターは、前記像信号を第1
基準レベルと比較する第1コンパレータと、第2基準レ
ベルで比較する第2コンパレーターとで構成され、 前記遷移検出部は、前記第1コンパレータの出力のロー
レベルとハイレベルとの間で遷移を前記クロックパルス
と同期させて検出する第1遷移検出部と、前記第2コン
パレータの出力のローレベルとハイレベルとの間の遷移
を該第1遷移検出部の遷移よりもずらせつつ前記クロッ
クパルスと同期させて検出する第2遷移検出部とで構成
され、 前記論理回路部は、前記第1遷移検出部の出力と前記第
2遷移検出部の出力との論理和に基づき出力するオア回
路と、前記オア回路の出力と前記立ち下がり検出部の出
力との論理積に基づき出力するアンド回路から構成され
ていることを特徴とする請求項第1項に記載の合焦位置
検出装置。
2. The method according to claim 1, wherein the comparator is configured to output the image signal to a first signal.
A first comparator for comparing with a reference level; and a second comparator for comparing with a second reference level, wherein the transition detection unit performs transition between a low level and a high level of the output of the first comparator. A first transition detection unit that detects the clock pulse in synchronization with the clock pulse, and the clock pulse while shifting the transition between the low level and the high level of the output of the second comparator from the transition of the first transition detection unit. An OR circuit configured to output based on a logical sum of an output of the first transition detection unit and an output of the second transition detection unit; 2. The focus position detecting device according to claim 1, further comprising an AND circuit that outputs an output based on a logical product of an output of the OR circuit and an output of the falling detector.
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